SmartDO

SmartDO應用於高頻電磁性能自動優化:雙極化槽孔耦合天線設計

SmartDO以AI強化+多物理自動化優化能力，協助高頻天線工程師突破傳統試算與手動調整的限制。在雙極化槽孔耦合天線（ACMA）設計中，SmartDO 能高效處理強相依性電磁參數，快速導向 Ka 頻段的全球最佳化設計組合，展現卓越的效能與高運算效率。

本案例展示工研院 (ITRI，工業技術研究院資通所) 如何透過 SmartDO 以一鍵式流程達成 ACMA 的高性能設計，並呈現 SmartDO 的尖端計算效率優勢。

參考文獻: 2025 SmartDO 智慧設計 研討會，Dual polarization aperture coupled antenna (工業技術研究院/資訊與通訊研究所/工程師/陳叡宏)

雙極化槽孔耦合天線的設計目的與工作原理

天線採用兩個互相正交的 H 型槽孔作為極化耦合，並以多層介質與堆疊輻射貼片擴展頻寬並提升極化純度。此結構可同時達成高隔離度、低饋線輻射與高穩定性的運作表現。

圖 1 示意雙極化槽孔耦合天線的功能與工作機制。

雙極化槽孔耦合天線的參數化 CAD 建模

ACMA（Aperture Coupled Microstrip Antenna，槽孔耦合微帶天線）包含超過 25 個具交互作用的幾何參數（例如貼片尺寸、槽孔尺寸、介質厚度、饋線偏移）。這些高度交互作用的變數使得手動調整效率低下。SmartDO 透過與 HFSS 連結，形成 CAD 與電磁模擬的封閉式迭代模型，自動探索整個設計空間。

圖 2 為 ACMA 的參數化 CAD 模型。

SmartDO 最佳化數學模式

SmartDO 與 HFSS 整合後，能於 27–30 GHz 自動評估與提升天線效能，其優化設定如下：

• OBJ_01：最大化 LHCP 增益
• OBJ_02：最大化 RHCP 增益
• OBJ_03：最大化整體效能
• S11 < -10 dB
• S22 < -10 dB
• S21 < -15 dB
• 軸比 (Axial Ratio) < 3 dB

SmartDO 最佳化化結果

SmartDO 產生的最佳幾何設計同時符合全頻段軸比需求，並展現穩定而純淨的圓極化效能。測試結果證明在 X 波段與 Ku 波段皆具有強化的 CP 轉換能力與整體效能提升。

martDO 展現尖端的運算效率，將模擬次數減少超過 50%，並使工程師能在大幅縮短的開發時間內達成更卓越的天線效能。

• OBJ_02（RHCP 增益）：由 6.98 提升至 14.53，提升幅度 > 108%
• OBJ_03（整體天線效能）：由 18.47 提升至 34.55，提升幅度 > 87%
• OBJ_01（LHCP 增益）：由 8.21 降至 6.96，降幅輕微且可接受；下一階段將透過將 OBJ_01 納入限制條件以完全補回。

所有 Ka 頻段條件皆同時滿足：

• 反射損耗 S11/S22 持續低於 -10 dB
• 隔離度 S21 持續低於 -15 dB
• 軸比於 27–30 GHz 全頻段皆低於 3 dB

圖 3 顯示 S-Parameter 之初始與最佳化結果。

圖 4 顯示天線在 XZ 與 YZ 平面之輻射方向圖比較。

圖 5 示軸比之初始與最佳化結果。

SmartDO AI強化+多領域/多物理 自動優化設計 的優勢

SmartDO具備尖端計算效率， 為工程師提供無縫的 一鍵自動設計優化解決方案以及數位產線整合與自動化平台，並有以下特點。

• 一頁式GUI設定。
• 單鍵自動優化設計。
• 成功應用於超過240以上設計變數之CAE設計優化問題。
• 多領域/多物理 自動優化設計

如果您想瞭解更多有關SmartDO的資訊，請與我們聯絡。